矿井漏电保护与保护测控技术-牟龙华 - 图文

2012·焦煤集团·亿能电气·矿用电气技术培训暨新产品新技术推介会

矿井漏电保护与保护测控技术牟龙华

同济大学电气工程系E-mail:lhmu@tongji.edu.cn

2012-8-30·赤峰

主要内容

井下电网的选择性漏电保护井下电网的选择性漏电保护新型保护测控装置总结与展望1.井下电网的选择性漏电保护

?煤矿井下三大保护：过流、漏电和保护接地。

?漏电（接地）保护是煤矿的三大保护之一，是保证煤矿电网安全的重要措施。

?供配电网络中，相间短路故障(包括电缆放炮)往往由单相漏电发展到另一相对地绝缘击穿而引起。

?单相漏电故障约占矿井电气故障率的70％左右。

?选择性漏电保护：当电网的某一线路发生漏电故障时,漏电保护装置仅使开关切除漏电故障所在线路，非故障线路照常运行。选择性包括

?横向选择性?纵向选择性

1)高压漏电保护：煤矿电网结构

矿井地面变电所(下井电压6－10kV)下井电缆下井电缆井下中央变电所水泵及馈出负荷6-10kV电缆水泵及馈出负荷6-10kV电缆采区变电所关注点！

馈出负荷馈出负荷(降压变压器)(降压变压器)1)高压漏电保护：漏电保护系统

L3L2L1地面变电所中央变电所采区变电所

t

t3?t?0.4~0.5t2?t?0.4~0.5t1l

?矿井高压供电系统一般分三级，电压等级为6/10kV。?一般采用三级选择性漏电保护系统（L1～L3）。

?采区变电所漏电保护须作用于跳闸，中央变电所作用于跳闸或信号，地面变电所一般仅作用于信号。

?纵向选择性靠时间差，横向选择性通过各级保护装置实现。

1)高压漏电保护：消弧线圈的影响

6~10kV35kVK消弧线圈地面变电所井下中央变电所采区变电所?不少煤矿6kV电网采用消弧线圈来补偿过大的单相接地电容电流，要求漏电保护装置能适应中性点不接地、消弧线圈接地系统。?矿井的6/10kV电网在地面变电所采用消弧线圈接地方式后，全矿井高压电网中的零序功率方向原理选择性漏电保护将全部失效。?注意选用具有不同中性点接地方式适应功能的保护装置。

1)高压漏电保护：零序功率方向原理

?I01C1?I02 L1?U0U0--零序电压I0f--故障线路零序电流I01,I02--非故障线路零序电流IL---消弧线圈电流?U0K消弧线圈C2?IL?I0f L2L3?I01?I02?U0 C3 ?I0f??II??IL0102?I0f消弧线圈接地系统

单相接地故障零序网络中性点不接地系统

零序功率方向原理及其局限性：

?利用故障线路零序电流滞后零序电压900，非故障线路零序电流超前零序电压900的特点实现选择性漏电保护。主要用于中性点不接地系统。

?中性点经消弧线圈接地后，故障线路零序电流与零序电压间不再满足上述条件，采用此原理的井下高爆选择性漏电保护将全部失效。

1)高压漏电保护：多级高开的漏电保护整定

电源1

电源2

1)高压漏电保护：多级高开的漏电保护整定

BGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9L12345678910电源1联络开关电源2?漏电保护整定原则

?电源进线高爆总开关与馈出开关间的动作时间配合，遵循满足纵向选择性的“时限阶梯”原则。?联络开关投入时，注意开关级数增多、漏电保护动作时间重整定及其配合问题。

1)高压漏电保护：多级高开的漏电保护整定

BGP9LBGP9LBGP9LBGP9L1234电源12电源113?456电源210789t1,10??t?t2,6t2,6?0sBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9L5678910电源2联络开关1、2正常，联络开关断开，构成2级系统

?馈出线开关动作时间

?t2,6=0s

?进线总开关动作时间

?t1,10=?t+t2,6=200ms

电源

1)高压漏电保护：多级高开的漏电保护整定

BGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9L×12345678910电源1联络开关电源225634电源210789t10??t?t5?2?t?t2t5??t?t2t2?0s?电源1故障、电源2正常，联络开关闭合，构成3级系统

?馈出线开关动作时间

?t2-4, 6-9=0s

?t5= ?t+t2=200ms?进线总开关动作时间

?t10=2?t+t2=400ms

1)高压漏电保护：多级高开的漏电保护整定

BGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9LBGP9L?电源1正常、电源2故障，联络123456789×101电源2联络开关2电源113647589t1??t?t5t5??t?t6?2?t?tt66?0s开关闭合，构成3级系统?馈出线开关动作时间

?t6-9, 2-4=0s

?t5= ?t+t6=200ms

?进线总开关动作时间

?t1=2?t+t6=400ms联络开关需改变零序电压或零序电流方向，否则方向型漏电保护功能失效或误动。当联络开关中漏电保护功能关闭时，电源进线故障对系统级数无任何影响。

电源??2)低压漏电保护

移动变电站总馈电开关1#分支馈电开关2#分支馈电开关3#分支馈电开关来自井下中央变电所1#起动器2#起动器3#起动器4#起动器井下采区低压供电系统示意图

2)低压漏电保护：漏电保护系统

6kV T Q2 Q1 K1 Q2 Q2 K2 L1 L2 L3 Q3 Q3 Q3 K3 M1 M2 M3 t1??t?t2t2?0s?矿井低压供电系统也可分三级

?总馈电开关Q1、分支馈电开关Q2、磁力起动器Q3

?一般采用两级选择性漏电保护系统

?总馈电开关Q1、分支馈电开关Q2，磁力起动器Q3处仅设漏电闭锁保护

?漏电保护的选择性

?横向选择性：分支馈电开关的零序功率方向原理

?纵向选择性：总馈、分馈间按“时限阶梯原则”整定保护动作时间

2)低压漏电保护：漏电保护原理

?漏电保护通过切断电源的操作来防止人身触电、漏电电流引爆瓦斯煤尘。?适用于井下低压电网的漏电保护原理

?附加直流电源保护原理；?零序功率方向原理；?零序电流原理；?旁路接地保护原理。

?目前在煤矿井下低压电网使用的漏电保护装置主要采用附加直流电源保护原理、零序功率方向原理。

2)低压漏电保护：附加直流电源漏电保护原理

ABCC0 rSKC0 rC0 rSK—三相电抗器LK—零序电抗器

—kΩJLKCU+IJ—动作继电器kΩ—毫安表

U—外加直流电压C—隔直电容

C0—各相对地电容r—各相对地绝缘电阻

????

在总馈电开关中使用，作整个电网的对称漏电和非对称漏电保护。与分支馈电开关的漏电保护配合，实现纵向选择性，并作后备保护。动作无选择性，电网中任一处漏电时该保护装置皆要无选择性地动作。常采用零序电抗器LK实现对漏电故障电流的补偿，减少人身触电电流和引爆瓦斯煤尘的可能性。

2)低压漏电保护：附加直流电源漏电保护原理

ABCC0 rSKC0 rC0 rABCrSKC0rC0rC0—kΩJLK—I0 RSUSR0CU+ICU+存在问题：

零序电抗器LK补偿了电网对地的电容电流，使分支馈电开关选择性漏电保护难以实现。

解决办法：

1）放弃选择性漏电保护；

2）取消零序电抗器，采用阻容元件代替。大部分厂家采用此方式。

2)低压漏电保护：附加直流电源漏电保护原理

ABCrSKC0rC0rC0IR0—0 URSC+USRSK----三相电抗器每相线圈的直流电阻

r??r/3----三相电网对地总绝缘电阻

RE----接地电阻RS----取样电阻

?直流检测电流：

IU0?RSK/3?RE?RS?R0?r??U?R?r??动作方程：

U?Idz?R?Idzrdz?动作电阻值：

?1140V电网：20k?

?660V电网：11k??380V电网：3.5k?

2)低压漏电保护：总馈并联运行

分馈1总馈1K1分馈2分馈3L1L2K2L3磁力1磁力2磁力3K3M1M2M36kVT分馈4总馈2K4分馈5分馈6L4L5K5L6磁力4磁力5磁力6K6M4M5M6一台变压器向两个工作面供电

2)低压漏电保护：总馈并联运行

分馈1磁力1总馈1分馈2磁力2分馈3磁力3SK6kVT—I0R0URsC+Us分馈4磁力4总馈2分馈5磁力5分馈6磁力6SK—I0R0URs+UsC?动作方程：

U?Idz?R?2Ir'dzdz?动作电阻值：

?1140V电网：10k??660V电网：5.5k??380V电网：1.75k?

3.新型保护测控装置：自动排水装置

水位检测信号、启动、停止回路为本安型支持手动、自动工作模式，排水档位、工作模式可在线整定修改

主要功能

带隔离的本安型RS485串行通信接口，支持“四遥”功能

保护功能：过载、短路、欠/过压、断相、漏电闭锁，保护定值可在线整定修改

辅助功能：运行状态、日历时钟，电度计量、故障追忆（故障类型、时间及故障参数）

3.新型保护测控装置：自动排水装置

水位传感器自动排水装置主机排水水泵主要内容

井下电网的选择性漏电保护新型保护测控装置总结与展望总结与展望总结与展望

?电气安全是保证矿井安全生产的关键之一。井下条件恶劣，易发生各种电气事故，需采取各种预防措施和设置必要的保护装置，以及采取相应的高性能电气设备。?漏电保护在井下三大保护中最难解决，技术要求相对较高，应从系统角度合理整定、正确使用和配置漏电保护装置，提升保护效果。?井下智能化开关设备及其保护测控单元应具备

?保护、测量、控制、通信功能一体化；?通信协议的统一与标准化；

?通信接口形式的统一、标准化（国标或行标）。

?煤矿井下电网自动化系统是煤矿综合自动化、信息化的子系统之一, 是矿井现代化发展的必然，建设时须综合考虑电气安全问题。

谢谢！

2)低压漏电保护：总馈设置原则

?采用附加直流电源工作的漏电保护动作无选择性

?整个电网的任何地点发生漏电故障，直流检测电流都可以形成通路，使漏电保护动作。

?同一低压电网中没有必要同时装设2台及2台以上的总馈电开关

?若同一电网中安装2台总馈，则动作电阻值将减半；

?若同一电网中安装3台总馈，则动作电阻值将变为原来的1/3；?若同一电网中安装台数再增加，其动作电阻值依此递减。

?带漏电保护功能总馈的设置

?建议任何情况下同一个低压电网中只使用1台总馈电开关。

2)低压漏电保护：总馈设置原则

6kVT分馈1总馈1总馈/分馈？K1分馈2分馈3L1L2K2L3磁力1磁力2磁力3K3M1M2M3Q1Q2单台馈电开关串联运行的电网

?漏电保护设置原则

?Q1整定为总馈，Q2的漏电保护功能关闭或拆除（Q1、Q2跳闸皆使后级负荷停电）；?Q1整定为总馈，Q2整定为分馈（此时Q2的选择性漏电保护将不会动作）。

2)低压漏电保护：零序功率方向原理

I01I01I01L1LH1C0I02I02I02L2LH2C0I01+I02I01+I02I01+I02L3LH3C0U?0I?I?02?(I?01?I?02)01零序功率方向原理特点：

?故障线路零序电流滞后零序电压900, 非故障线路零序电流超前零序电压900;

?主要应用于分支馈电开关中,实现选择性漏电保护。

?2)低压漏电保护：分馈设置原则

?带选择性漏电保护功能的分支馈电开关设置原则

?同一母线上至少有2台及以上分支馈电开关；?动作时间与总馈配合，满足“时限阶梯原则”；?适当考虑短延时，躲暂态信号。

?新建变电所或短线路电网的选择性漏电保护问题

?问题：电网对地电容电流太小，难以满足选择性漏电保护要求；

?方法：部分厂家对总馈进行改造，增加三相对地电容；

?不足：人为增加了漏电电流，不利于井下人身与电气安全。不推荐！

A11B12C13电源侧总馈开关负载侧改造点A21B22C23国家煤矿安全监察局

关于组织开展煤矿低压漏电保护开关隐患排查的通知煤安监技装〔2010〕3号… …

一、自查主要内容

（一）馈电开关未设置辅助接地极问题。具有漏电保护功能的馈电开关，是否存在接线腔内未设置辅助接地极接线柱或辅助接地线未能引到接线腔的现象。（二）馈电开关漏电保护辅助接地极设置不完善的问题。馈电开关采用多芯接线柱、信号端子排代替独立辅助接地极的接线柱，或接线螺丝为M4×8、M4×10的小螺丝时，是否可能造成辅助接地线不能安全可靠连接的现象。… ...

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